相同“生日”的脑细胞一起执行工作记忆更好

一项新的研究发现，具有相同“生日”的脑细胞更有可能连接成协同信号电路，从而执行多种功能，包括存储记忆。

在小鼠胚胎的海马体中，在同一天(粉色)和不同的日子(蓝色)同时出生的脑细胞群。在胚胎15.5天出生的神经元比在更早或更晚出生的神经元要多得多。研究发现，在发育过程中，具有相同出生日期的细胞形成了共同工作的电路，为相似的记忆编码。

一项新的研究发现，具有相同“出生日期”的脑细胞更有可能连接到执行许多功能的合作信号电路中，包括存储记忆。

由纽约大学格罗斯曼医学院的研究人员领导的这项新研究对小鼠在子宫中发育的大脑进行了研究，发现相同生日的脑细胞(神经元)在动物的成年生活中显示出明显的连通性和活动性，无论它们是睡着还是醒着。

8月22日在线发表在《自然神经科学》(Nature Neuroscience)上的研究结果表明，进化利用了神经元在妊娠期有序出生的机会，在海马区(大脑中形成记忆的区域)形成了局部微电路。研究人员认为，大脑不是试图从头开始创造每一个新的记忆，而是可能利用神经元层的逐步形成来建立神经模板，就像“乐高积木”一样，将每一个新的体验与记忆中现有的模板相匹配。

这些电路组装的规则表明，一起出生的细胞更有可能一起编码记忆，也更可能一起失败，这可能与自闭症和阿尔茨海默病等疾病的神经元出生日期有关，作者说。随着不同日子出生的细胞数量的变化，发育中的大脑可能在怀孕的某些日子更容易受到病毒感染、毒素或酒精的伤害。

“我们的研究结果表明，海马神经元出生的那一天会强烈影响单个细胞的表现，以及这些细胞在整个生命中如何一起发出信号，这项工作可能会重塑我们研究神经发育障碍的方式，传统上，神经发育障碍是通过分子或基因而不是发育的视角来研究的，”本文作者Buzsáki说。

新的理解

目前这项研究的创新之处在于跟踪某个特定出生日期到成年的神经元活动。为了实现这一目标，研究人员依靠一种技术将DNA转移到子宫内正在分裂为神经元的细胞中。这些DNA表达了同一天出生的脑细胞的标记，类似于条形码。这种标记方法使研究人员能够研究成年动物的这些神经元。

通过综合运用各种技术，这项新研究发现，相同出生日期的神经元倾向于一起“共同放电”，其特征是它们的正负电荷同步摆动，使它们能够共同传递电信号。作者说，共同兴奋的一个可能原因是，相同生日的神经元通过共享的神经元连接起来。

过去的研究表明，海马体的活动可以用清醒和睡眠期间集体神经元活动的模式来描述。例如，在睡眠期间，当每天的记忆被巩固为长期记忆存储时，海马体神经元会进行一种被称为“尖锐波纹”(sharp wave-ripple)的周期性爆发活动，得名于它被脑电图描记器(EEG，一种用电极记录大脑活动的技术)图像捕捉时的形状。

“我们的结果表明，同一天出生的神经元成为相同合作组合的一部分，参与相同的尖锐波纹，并代表相同的记忆，”一作Huszár说。“这些关系，以及它们编码的预先设定的模板，对海马体功能有一个关键的暗示:存储关于一个地方或事件的记忆。”

下一步，该团队计划进行更多的实验，以确定在不同大脑区域的相同生日神经元中活跃的基因，并测试它们在记忆形成和行为中的作用。

参考文献

Massively parallel characterization of engineered transcript isoforms using direct RNA sequencing